船体に及ぼす海氷荷重

北極海の航行安全に向けて
船体に及ぼす海氷荷重
金野祥久（工学院大学）
GRENE北極気候変動研究事業特別セミナー
2014/11/17
自己紹介
• 金野祥久
（こんのあきひさ）
• 工学院大学工学部機械工学科流体工学研
究室
本日の内容
• NSR航行で考慮すべきリスク（海氷荷重の
影響を中心に）
• GRENE課題7-1で行われている，海氷荷重
に関連した研究の紹介
2014-11-17
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NSR航行で考慮すべきリスク
氷の圧力に負けて
前に進めなくなるリスク
（水路抵抗）
船体が氷により
破損するリスク
（局所氷荷重）
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プロペラや舵が
破損するリスク
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海氷に起因する船体損傷
Reduta Ordona, 1996
Zelada Desgagnés, 2012
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氷海で自力航行不能になった船舶
ロシアのタンカー
ベーリング海
http://www.cbc.ca/news/canada/north/ic
e-damages-hull-of-sealift-ship-neariqaluit-1.1230034
http://www.dailymail.co.uk/news/article2083542/Tanker-carrying-supplies-strandedAlaskan-village-gets-stuck-ice-flows-crossesfrigid-Bering-Sea.html
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カナダのRo-Ro船
Frobisher湾
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アイスクラス（船級）
Polar Class (IACS UR I)
• 極域を航行する船舶
を想定．
• PC 1～PC 7
Finnish Swedish Ice Class
Rules (FSICR)
• バルト海を航行する船
舶に適用．Sub-arctic
seaの基準からも参照さ
れる．
• IA Super, IA, IB, IC, II
PC 6  おおよそ対応  IA Super
PC 7  おおよそ対応  IA
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IACS Polar Class
Polar Class
Ice Description
PC 1
PC 2
PC 3
Year-round operation in all Polar waters
PC 4
Year-round operation in thick first-year ice which may
include old ice inclusions
PC 5
Year-round operation in medium first-year ice which may
include old ice inclusions
PC 6
Summer/autumn operation in medium first-year ice which
may include old ice inclusions (≒FSICR IA Super)
PC 7
Summer/autumn operation in thin first-year ice which may
include old ice inclusions (≒FSICR IA)
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Year-round operation in moderate multi-year ice conditions
Year-round operation in second-year ice which may include
multi-year ice inclusions
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Polar Class想定シナリオ：
Glancing Impact
Yu, SNAME UK COLLEGIUM, 2012
Pavg
w
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b
• ある区間（w×b）に圧
力Pavgが一様に加わる．
• w, b, Pavgの具体的な値は
– 船首部：船首形状と
クラスによって決ま
る．
– 船首以外：船体形状
とは関係なく，クラ
スで決まる．
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FSICR Required Engine Output
• 船舶には“brash ice channel”を自力で航行
する能力が求められる．
Brash ice channel
（小氷片密集水路）
商船
（アイスクラスの
耐氷船）
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砕氷船
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FSICRの水路抵抗評価式
RCH
3
LT

 Awf
2
2
 C1  C2  C3 H F  H M  B  C H F   C4 LPAR H F  C5  2 
B  L
(FSICR, 2010)
• “… RCH values based on more exact
calculations or values based on model tests
may be approved.” (FSICR, 2010)
• 現在の多くの船舶は，氷海水槽試験でRCH
を評価し，アイスクラスを取得する．
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GRENE北極気候変動研究事業・課題7-1で行われている研究を紹介
します．
海氷荷重に関する研究
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単独氷片との衝突
• 数値解析により氷片が船体に接触した際の衝撃
力を計算
• 衝突実験により妥当性を評価
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想定しているリスク
将来は，
• 北極海の氷が減少  航行
速度が増加?
• しかし，航路中の多年氷
や，氷河から脱落した氷
山は，むしろ増加する．
Titanic (movie, 1997)
単独氷片との衝突リスクを
検討する必要性?
Perino Moreno Glacier (Photo by Calyponte)
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単独氷片衝突：小規模模型実験
• 小型模型と模擬氷を用いた衝突実験（検証しやすく
するため，模擬氷の運動を制限）
• 衝突直前の，模擬氷の運動に着目
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単独氷片衝突：小規模模型実験
• 特に衝突直前の氷の運動に着目（船体が誘起す
る波と流れに起因する運動）  衝突時の相対速
度に影響
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単独氷片衝突：数値計算
• Solver: STARCCM+ v8
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氷の動きの比較
Displacement
in exp.
Displacement
in sim.
Velocity
in exp.
Velocity
in sim.
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鋼構造物損傷の解析（LS-DYNA）
今後の検証が必要
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氷片密集水路航行の解析
• 氷片が密集する水路を、船舶が航行する際
の荷重等を数値解析により評価する。
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氷荷重をFSICRモデル式と比較
FSICR[kN]
Resistance[kN]
Resistance[kN]
船首角度を変えてbrash ice channel中抵抗を比較
FSICR[kN]
• FSICR計算式と傾向が一致．定量的にも近い．
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まとめ
• 海氷荷重に起因するリスク：局所氷荷重，
水路抵抗（プロペラ損傷も）
– IACS Polar Class
– Finnish Swedish Ice Class Rules
• GRENEにおける海氷荷重関連の研究紹介
– 単独氷片との衝突（小規模実験，数値解析）
– Brash ice channel中航行のシミュレーション
ご清聴ありがとうございました．
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